一种锂离子电池的...-申请公开
SooPAT 一种锂离子电池的卷绕结构及其
制备工艺
申请号：201110281212.8
申请日：2011-09-21
申请(专利权)人东莞新能源科技有限公司
地址523808 广东省东莞市松山湖科技产业园区北部工业园工业西
路1号
发明(设计)人陶涛
主分类号H01M10/0587(2010.01)I
分类号H01M10/0587(2010.01)I
公开(公告)号102332614A
公开(公告)日2012-01-25
专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201
代理人曹玉平
(10)申请公布号 CN 102332614 A
(43)申请公布日 2012.01.25C N 102332614 A
*CN102332614A*
(21)申请号 201110281212.8
(22)申请日 2011.09.21
H01M 10/0587(2010.01)
(71)申请人东莞新能源科技有限公司
地址523808 广东省东莞市松山湖科技产业
园区北部工业园工业西路1号
(72)发明人陶涛
(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代
理事务所 12201
代理人
曹玉平
(54)发明名称
一种锂离子电池的卷绕结构及其制备工艺
(57)摘要
本发明涉及软包装锂离子二次电池，尤其是
一种锂离子电池的卷绕结构，所述电芯由正极极
片，负极极片，隔离膜卷绕而成，所述正极极片的
内圈焊有铝极耳，所述负极极片的内圈焊有镍极
耳，所述隔离膜内圈设有卷芯，解决了软包装锂离
子电池的变形及安全问题，所述卷芯由聚合物制
成，能与电解液发生溶胀作用后并溶解，但是不影
响电芯性能。本发明还提供一种锂离子电池的卷
绕结构的制备工艺。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页
1.一种软包装锂离子电池的卷绕结构，所述电芯由正极片，负极片和隔离膜卷绕而成，所述正极极片的内圈焊有铝极耳，所述负极极片的内圈焊有镍极耳，其特征在于：所述隔离膜内圈设有卷芯。
2.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池的卷绕结构，其特征在于，所述卷芯的形状为跑道形卷芯。
3.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池的卷绕结构，其特征在于，所述卷芯为单体结构。
4.根据权利要求2所述的软包装锂离子电池的卷绕结构，其特征在于，所述卷芯的厚度为C，0.5≤C≤2mm，卷芯两端的圆角R为C/2，卷芯的长度B为正极片的宽度。
5.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池的卷绕结构，其特征在于，卷芯为聚合物制成，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种。
6.软包装锂离子电池的卷绕结构制备工艺，其特征在于，由以下步骤完成：
a、将正极、隔离膜、负极叠加卷绕，卷绕完成后卷芯留在电芯内部，直接封装；
b、将封装后的电芯真空烘烤，然后进行注液，真空封装；
c、常温静置0.5～2小时，促进电解液渗透，卷芯与电解液开始发生溶胀作用；
d、将电芯放置夹具中，施以压力，在高温炉子里烘烤，将卷芯完全溶解。
7.根据权利要求6所述的软包装锂离子电池的卷绕结构制备工艺，其特征在于，所述步骤b中烘烤温度为60～90℃。
8.根据权利要求6所述的软包装锂离子电池的卷绕结构制备工艺，其特征在于，所述步骤b中真空度小于-97KPa。
9.根据权利要求6所述的软包装锂离子电池的卷绕结构制备工艺，其特征在于，所述步骤d中压力为0.5～2.3MPa/m2。
10.根据权利要求6所述的软包装锂离子电池的卷绕结构制备工艺，其特征在于，所述步骤d中高温炉子里烘烤温度为60～90℃。
一种锂离子电池的卷绕结构及其制备工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及软包装锂离子二次电池，尤其是一种锂离子电池的卷绕结构及其制备工艺。
背景技术
[0002] 锂离子电池是目前世界上最先进的商品化二次电池，随着各种电子产品的发展，对锂离子电池的需求量呈现迅速增长态势。锂离子电池电芯卷绕是锂离子电池制作的关键环节之一，卷绕过程中，卷芯是一个非常关键的工具，卷芯的形状会直接影响到成品电芯的平整度，特别是对于厚电芯，容易出现变形；有两个原因导致变形：一是常规的卷芯都是上下两片卷针复合而成，完成卷绕后，需要抽走其中一片卷针才能取下电芯，在这个过程中，内圈极片受到外圈极片挤压，同时又失去卷芯这个外力的支撑，电芯张力失衡，极片发生坍塌造成变形；二是电芯的卷绕结构的两端为闭环，电池在充放电过程中，电极的膨胀在电池的两端会受到束缚，而在厚度方向可以自由膨胀，从而造成电池内部应力不均，最终产生在电池方向的变形。如果能够在电池结构的两端，极片层与层之间预留足够的空间，就可以改善变形，但是目前大多数厂家采用的都是菱形卷芯，并未考虑给电芯两端预留空间。为了改善变形，有的厂家采用加厚的菱形卷芯，增加了电芯两端的空间，但是加厚的卷芯抽针非常困难，抽针的过程中容易抽走隔离膜，内圈隔离膜打皱，正负极基材可能直接接触，导致内部短路，存在安全隐患。
[0003] 有鉴于此，开发一种新型的卷芯对于改善软包装锂离子二次电池，特别是厚电池的变形及安全问题非常关键。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于：提供一种锂离子二次电池的卷芯，能够改善卷绕式软包装电芯，特别是厚电芯的变形及安全问题。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供技术方案如下：
[0006] 一种软包装锂离子电池的卷绕结构，所述电芯由正极片，负极片和隔离膜卷绕而成，所述正极极片的内圈焊有铝极耳，所述负极极片的内圈焊有镍极耳，所述隔离膜内圈设有卷芯。本发明无需抽针既能提高生产效率，也可以避免由于抽针导致电芯张力失衡，电芯张力失衡，内圈无卷芯支撑，裸电芯极片向内挤压，导致电芯塌陷，应力集中，后续的循环过程极片反复膨胀，加剧应力不均，最终导致电芯在宽度方向的变形，将卷芯留在裸电芯内圈，可以支撑外圈极片的压力，消除应力，裸电芯应力均匀，整形的时候再将卷芯溶解，可以继续保持裸电芯内部应力的平衡，解决变形这个难题。
[0007] 所述卷芯的形状为跑道形卷芯，一方面，跑道形卷针的拐角处圆弧角比菱形卷芯大，利于电芯拐角处极片层与层之间距离不过紧，能给电芯两端预留足够的空间，用于循环时极片的反弹；另一方面，跑道形卷芯能减少卷绕过程中张力波动幅度和线速度波动幅度；
[0008] 所述卷芯为单体结构，区别于常规的两片卷针构成的复合结构卷芯，降低成本；[0009] 所述卷芯的厚度为C，0.5≤C≤2mm，卷芯厚度过薄，拐角比较尖锐，容易刺穿隔离膜，且加工成本高，卷芯厚度过厚，电芯无法放进包装铝箔，不能封装。卷芯两端的圆角R为C/2，可以形成跑道形卷芯；卷芯的长度B为正极片的宽度，不会影响封装；
[0010] 卷芯为聚合物制成，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种，以上聚合物能在常温下与电解液发生溶胀作用，在高温下能溶解，不影响电芯性能；
[0011] 软包装锂离子电池的卷绕结构制备工艺，由以下步骤完成：
[0012] a、将正极、隔离膜、负极叠加卷绕，卷绕完成后卷芯留在电芯内部，直接封装，[0013] b、将封装后的电芯真空烘烤，然后进行注液，真空封装；
[0014] c、常温静置0.5～2小时，促进电解液渗透，卷芯与电解液开始发生溶胀作用；[0015] d、将电芯放置夹具中，施以压力，在高温炉子里烘烤，将卷芯完全溶解。
[0016] 相对现有工艺而言：
[0017] 本发明将卷芯留电芯内部直接封装，不需要抽卷芯，提高了生产效率，在成形前支撑极片的压力，消除极片反弹的应力，使得裸电芯应力均匀。并在一定的条件下，将卷芯溶解，不会影响电芯性能；
[0018] 所述步骤b中烘烤温度为60～90℃，高温加速去除裸电芯的水分；
[0019] 所述步骤b中真空度小于-97KPa，降低水分沸点，促使裸电芯中水分更易挥发；[0020] 所述步骤d中压力为0.5～2.3MPa/m2，保证裸电芯定型和电芯厚度，当压力小于0.5时，整形力度不够会使电芯超厚，当压力超过2.3MPa/m2时，自放电率加大。
[0021] 所述步骤d中高温炉子里烘烤温度为60～90℃，既能促使卷芯溶解，又能使裸电芯定型，无需卷芯支撑。
附图说明
[0022] 图1是本发明软包装锂离子二次电池的卷芯侧视结构示意图；
[0023] 图2是本发明软包装锂离子二次电池的卷芯主视结构示意图；
[0024] 图3是本发明软包装锂离子二次电池的电芯结构示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合实施例和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0026] 实施例1
[0027] 一种软包装锂离子二次电池的电芯结构，所述电芯由正极极片4，负极极片3，隔离膜6，卷芯5构成，正极极片4上焊有铝极耳2，负极极片3上焊有镍极耳1，所述隔离膜6内圈设有卷芯5，所述卷芯5为聚合物PVDF制成，跑道形卷芯，单体结构，厚度为0.5mm，两端圆角为0.25mm，见图1，卷芯的长度B为正极极片4的宽度79mm，卷芯的宽度A为32mm，见图2，本实施例以半自动卷绕式软包装锂离子电池904589(厚9.0mm，宽45.0mm，长89.0mm)为例。如图1所示，按照以下步骤完成：a、将正极极片4，负极极片3，隔离膜6，卷芯5一起卷绕成型，卷绕完成后卷芯留在电芯内部，见图3，然后直接封装；b、将封装后的电
芯在-97Kpa，75℃下真空烘烤8H，然后进行注液，真空封装；c、常温静置0.5～2小时，促进电解液渗透，卷芯与电解液开始发生溶胀作用；d、将电芯放置夹具中，施以1.0MPa/m2压力，在85℃高温炉子里烘烤8H，将卷芯完全溶解。然后通过化成，抽气，容量生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0028] 实施例2：
[0029] 一种软包装锂离子二次电池的电芯结构，所述电芯由正极极片4，负极极片3，隔离膜6，卷芯5构成，正极极片4上焊有铝极耳2，负极极片3上焊有镍极耳1，所述隔离膜6内圈设有卷芯5，所述卷芯5为聚合物PEO制成，跑道形卷芯，单体结构，厚度为0.5mm，两端圆角为0.25mm，见图1，卷芯的长度B为正极极片4的宽度79mm，卷芯的宽度A为32mm，见图2，本实施例以半自动卷绕式软包装锂离子电池904589(厚9.0mm，宽45.0mm，长89.0mm)为例。按照以下步骤完成：a、将正极极片4，负极极片3，隔离膜6，卷芯5一起卷绕成型，卷绕完成后卷芯留在电芯内部，见图3，然后直接封装；b、将封装后的电芯在-97Kpa，75℃下真空烘烤8H，然后进行注液，真空封装；c、常温静置0.5～2小时，促进电解液渗透，卷芯与电解液开始发生溶胀作用；d、将电芯放置夹具中，施以1.0MPa/m2压力，在85℃高温炉子里烘烤8H，将卷芯完全溶解。然后通过化成，抽气，容量生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0030] 实施例3：
[0031] 一种软包装锂离子二次电池的电芯结构，所述电芯由正极极片4，负极极片3，隔离膜6，卷芯5构成，正极极片4上焊有铝极耳2，负极极片3上焊有镍极耳1，所述隔离膜6内圈设有卷芯5，所述卷芯5为聚合物PMMA制成，跑道形卷芯，单体结构，厚度为0.5mm，两端圆角为0.25mm，见图1，卷芯的长度B为正极极片4的宽度79mm，卷芯的宽度A为32mm，见图2，本实施例以半自动卷绕式软包装锂离子电池904589(厚9.0mm，宽45.0mm，长89.0mm)为例。按照以下步骤完成：a、将正极极片4，负极极片3，隔离膜6，卷芯5一起卷绕成型，卷绕完成后卷芯留在电芯内部，见图3，然后直接封装；b、将封装后的电芯在-97Kpa，75℃下真空烘烤8H，然后进行注液，真空封装；c、常温静置0.5～2小时，促进电解液渗透，卷芯与电解液开始发生溶胀作用；d、将电芯放置夹具中，施以1.0MPa/m2压力，在85℃高温炉子里烘烤8H，将卷芯完全溶解。然后通过化成，抽气，容量生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0032] 实施例4
[0033] 与实施例1不同的是卷芯的5的厚度为2.0mm，生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0034] 实施例5：
[0035] 与实施例2不同的是卷芯的5的厚度为2.0mm，生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0036] 实施例6：
[0037] 与实施例3不同的是卷芯的5的厚度为2.0mm，生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0038] 实施例7：
[0039] 与实施例5不同的是卷芯为PVDF和PEO以1∶1的比例组成，生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0040] 实施例8：
[0041] 与实施例5不同的是卷芯PVDF和PMMA以1∶1的比例组成，生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0042] 实施例9：
[0043] 与实施例5不同的是卷芯PEO和PMMA以1∶1的比例组成，生产100只电池，通过激光扫描观察其变形情况，容量测试后无变形，取50只电池做循环测试，800循环后也无发生变形情况，如表1。
[0044] 对比例1：
[0045] 一种软包装锂离子二次电池的电芯结构，所述电芯由正极极片4，负极极片3，隔离膜6卷绕而成，所用卷芯为常规的复合式菱形卷芯，卷芯的厚度为2.0mm，本实施例以半自动卷绕式软包装锂离子电池904589(厚9.0mm，宽45.0mm，长89.0mm)为例，，将正、负极极片，隔离膜，一起卷绕成型，卷绕完成后抽针取出电芯，生产100只裸电芯，观察内圈隔离膜打皱的有15只电芯，然后封装，真空烘烤，注液，真空封装，静置，整形，化成，抽气，容量等工序，生产100只电芯，容量测试后40只电芯变形，取50只电池做循环测试，800循环后全部发生变形，如表1。
[0046] 卷芯为跑道形单体卷芯，一方面，跑道形卷针的拐角处圆弧角比菱形卷芯大，利于电芯拐角处极片层与层之间距离不过紧，能给电芯两端预留足够的空间，用于循环时极片的反弹；另一方面，跑道形卷芯能减少卷绕过程中张力波动幅度和线速度波动幅度。所述卷芯留在电芯内部，无需抽针，卷芯能起到支撑极片的作用，防止电芯坍塌，无需抽卷针也能防止由于抽针导致隔离膜起皱，发生内短路，对安全有改善。所述卷芯为聚合物，易溶于电解液，不损失能量密度，而且对电化学性能无影响。
[0047] 表1
[0048]
实施例容量后变形比例 800循环后变形比例电芯内圈隔离膜打皱比例
实施例1-9 0％ 0％ 0％
对比例1 40％ 100％ 15％
[0049] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的
一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
图1
图2
图3